青藏高原南部谢通门侏罗纪埃达克质岩地球化学特征及其形成机制

呼建雄，陈建林，张占武，姚胜，王贝，杨文，许继峰，邬建斌，3，黄丰，3，曾云川，3

(1.陕西省地矿局区域地质矿产研究院，陕西 咸阳712000;2.中国科学院 广州地球化学研究所，同位素地球化学国家重点实验室，广东广州510640;3.中国科学院大学，北京100049)

0 前言

青藏高原作为大洋俯冲和陆–陆碰撞的典型实例，备受国内外地质学者的关注。过去几十年，大量的研究工作主要集中在新生代以来的印度与欧亚大陆板块碰撞以及青藏高原抬升的重大问题方面。随着对青藏高原研究的不断深入，人们逐渐意识到新生代以前的演化历史对理解青藏高原在新生代的隆升有着十分重要的意义。一定时期的岩浆作用为同时期的地壳深部构造演化响应，因此青藏高原上广泛发育的中生代岩浆岩为人们探讨其大陆碰撞之前的深部构造演化和动力学机制提供了一个重要的途径。虽然近年来，拉萨地块南部中生代岩浆活动事件引起了人们的极大关注(Coulon et al.，1986;Pearce and Mei，1988;李才等，2003;翟庆国等，2005;和钟铧等，2006;董彦辉等，2006;张宏飞等，2007;Wen et al.，2008a，b;康志强等，2009;Ji et al.，2009;Zhu et al.，2009，2011，2012;Zhang et al.，2012)，而且这些岩浆事件与北向俯冲的新特提斯洋有着十分紧密的关系，但目前对新特提斯洋的演化尚不清楚并存在一些不同的认识。如新特提斯洋是何时形成并开始俯冲等问题(董彦辉等，2006;张宏飞等，2007;Zhu et al.，2009，2012;Zhang et al.，2012)，它们是以何种形式俯冲(Zhu et al.，2009;Zhang et al.，2012)，等等。本文试图通过对出露于拉萨地块南部日喀则地区的中侏罗世闪长岩进行详细的地球化学研究，探讨其岩石成因以及构造背景，同时结合前人对拉萨地块南部中侏罗世岩浆作用的研究成果以及世界上具有类似地球化学特征的火山岩，以期对拉萨地块南部中侏罗世的构造演化加以约束。

1 区域地质概况

青藏高原是地球上抬升最高的构造单元，由一系列东西向延伸的地块组成，由北向南分别为松潘-甘孜地块、羌塘地块、拉萨地块(图1a)。拉萨地块的南北分别以雅鲁藏布江缝合带和班公-怒江缝合带为界(常承法和郑锡澜，1973;Allègre et al.，1984;Pearce and Deng，1988;Dewey et al.，1988)(图1b)，它们分别形成于中晚侏罗世和晚白垩世-古近纪 (Dewey et al.，1988;潘桂棠等，2006)。

拉萨地块的沉积地层由奥陶系-石炭系-三叠系浅海碎屑沉积序列组成(Yin et al.，1988)。其基底时代是中元古代至早寒武世，以沿拉萨地块北部格尔木-拉萨公路分布的安多片麻岩为代表(Xu et al.，1985;Harris et al.，1988;Dewey et al.，1988)。沿着拉萨地块南缘，其古生界和中生界地层被少量的侏罗纪和大量白垩纪–古近纪冈底斯岩基侵入，这些冈底斯岩基与新特提斯洋和印度板块北向俯冲有着紧密的联系(常承法和郑锡澜，1973;Allègre et al.，1984)。

进入新生代之后，在拉萨地块的林子宗火山岩和与之有联系的最年轻的冈底斯深成岩在青藏高原南缘形成了一个东西向分布的线状带。林子宗火山岩为形成于60～45 Ma的具有安第斯大陆边缘特征的钙碱性安山岩和熔结凝灰岩(Coulon et al.，1986;Pearce and Deng，1988;Mo et al.，2007，2008)。在继印度-亚洲大陆碰撞弧岩浆作用结束约20 Ma岩浆作用平静期之后，冈底斯进入新近纪以来(25～10 Ma)出现了又一次岩浆作用高峰期。而在10 Ma之后，在拉萨地块则无明显的岩浆活动。

研究区位于日喀则以西东嘎乡地区，采样点周围主要为中生代-新生代侵入岩，为冈底斯岩基的组成部分(图1c)。侏罗纪地层主要为位于研究区西南部的叶巴组(J1-2);白垩纪地层主要为比马组和昂仁组，该时期的侵入岩分布于研究区的大部分地区，分布面积约占侵入岩的一半。古近系分布在研究区的东部，主要为秋乌组和大竹卡组;其侵入岩主要分布在研究区的东部和西部。前人认为研究区内发育大规模白垩纪的侵入岩，最新的锆石年龄研究显示它们均形成于中晚侏罗世(170～150 Ma，呼建雄等，1∶5万谢通门等四幅区调报告)。

图1 拉萨地块火山岩和侵入岩分布简图(图1a，b据Lee et al.，2012)和研究区地质简图(图1c)Fig.1 Simplified geologic map showing the distribution of the igneous rocks in the Lhasa Block(Fig.1a，b based on Lee et al.，2012)

本文所研究的样品采集于谢通门县东嘎乡北部。采集的样品新鲜，呈浅灰白色，矿物颗粒较粗，主要组成矿物为石英、斜长石、黑云母和角闪石。石英和斜长石均呈浅白色，二者矿物颗粒粒径为1～5 mm，其中石英略带浅灰红色;角闪石和黑云母含量均大于5%;副矿物主要为锆石、磷灰石和铁钛氧化物。

2 分析方法

本文对所采集的样品进行的主、微量元素分别采用XRF和ICP-MS分析测试。分析测试在中国科学院广州地球化学研究所同位素地球化学国家重点实验室完成。进行分析测试的样品在处理前选取新鲜样品，去除风化面，手工碎至1～5 mm(与杏仁体粒径相当)，用mill-Q水在超声波清洗仪中清洗，以除去表面灰尘的影响，烘干后用不锈钢钵粉碎至200目用于化学分析。主量元素采用碱熔玻璃片XRF法分析，微量元素采用高温高压消解并利用PE Elan 6000型ICP-MS分析。主量和微量元素元素的分析精度均好于5%。具体流程详见刘颖等(1996)和李献华等(2002)。

3 分析结果

3.1 主量元素

研究区样品的主量和微量元素分析结果见表1。在SiO2-(K2O+Na2O)(TAS)图(图2a)中，本研究所采集的样品主要为闪长岩;在SiO2-K2O(图2b)和Na2O-K2O(图2c)，研究区的样品属于钙碱性系列;在铝饱和指数图(图2d)中，谢通门闪长岩A/CNK＜1.0为铝质系列。在SiO2与主量元素的相关图中(图3)，研究区主量元素含量与同期拉萨地块南部叶巴组以及太平洋西北部Bowers Ridge中基性火山岩有着相似的分布范围。

表1 研究区谢通门闪长岩主量(%)和微量(μg/g)元素分析结果Table1 Major(%)and trace(μg/g)element concentrations of the diorite in Xietongmen

(续表1)

图2 研究区中侏罗世谢通门闪长岩SiO2-K2O+Na2O(a)，SiO2-K2O(b)，Na2O-K2O(c)，A/CNK-A/NK(d)图解(数据来源:谢通门斑岩:郎兴海等(2010)，黄勇等(2011)，曲晓明等(2007);叶巴组火山岩:董彦辉等，(2006);早侏罗世花岗岩:Chu et al.(2006)，杨志明等(2008);青藏高原南部早白垩世埃达克质岩:Zhu et al.(2009);Bowers Ridge新生代埃达克质岩:Wanke et al.(2012))Fig.2 SiO2vs.K2O+Na2O(a)，SiO2vs.K2O(b)，Na2O vs.K2O(c)，A/CNK vs.A/NK(d)diagrams for the diorite from Xietongmen(data sources，porphyry rocks from Lang et al.(2010)，Huang et al.(2011)，Qu et al.(2007);the volcanic rocks of the Yeba group from Dong et al.(2006);the Early Jurassic granite from Chu et al.(2006)，Yang et al.(2008);the Early Cretaceous adakite of Southern Tibet from Zhu et al.(2009);Cenozoic adakitic rocks in Bowers Ridge from Wanke et al.(2012))

图3 研究区中侏罗世谢通门闪长岩主量元素相关图(数据来源同图2)Fig.3 Harker diagrams of major element concentrations vs.SiO2for the diorite in Xietongmen(data source same as in Fig.2 )

3.2 微量元素

谢通门闪长岩球粒陨石标准化稀土元素配分曲线(图4a，b)表现为轻稀土富集型，Eu表现出无明显的异常。轻、重稀土分异比较明显(4.4＜(La/Yb)N＜19.2，平均值为10.3)。谢通门闪长岩同叶巴组中基性火山岩、Bowers Ridge中基性火山岩相比有着相似的轻稀土元素含量和相对较低的重稀土元素含量，却有着比青藏高原南部早白垩世埃达克质岩相对较低LREE和相对较高的HREE含量。在微量元素蛛网图中(图4c，d)，谢通门闪长岩具有富集不相容性元素Rb、Ba、U和亏损高场强元素Nb、Ta、Ti的特点，并且具Sr正异常;谢通门闪长岩同同期叶巴组中基性火山岩、Bowes Ridge中基性火山岩相比，除了HREE具有较低的含量外，其他微量元素有着相似的分布范围和分布形式;而与青藏高原南部早白垩世埃达克质岩相比，除HREE含量相对较高外，其余的微量元素虽然有着相似的分布特征，但却有着相对较低的含量。

4 岩石成因

4.1 埃达克质岩地球化学特征

研究区中侏罗世谢通门闪长岩具有一定的类似于埃达克岩的地球化学特征，如高的SiO2(＞59%)、Sr含量(771～798 μg/g)，高 Sr/Y 比值(＞64)(图5)，低 HREE 和Y(＜12 μg/g)，LREE 和HREE 分异明显(图4，5)，具有一定Sr正异常和无明显Eu负异常(图4);以及具有相对较高的MgO(3.02% ～3.17%)和Mg#(＞46)。同时它们有着类似于源于大洋俯冲环境中的青藏高原南部早白垩世埃达克质岩和太平洋西北部Bowers Ridge地区新生代埃达克质岩相似的主量元素分布范围(图2)和类似的微量元素分布特征(图3，4，5)。

4.2 埃达克质岩的岩石成因

自从Defant and Drummond(1990)提出埃达克岩是俯冲大洋壳在石榴子石的稳定区域内部分熔融的产物之后，随后的研究显示埃达克(质)岩同样可以通过幔源玄武质岩浆的结晶分异(Castillo et al.，1999;Macpherson et al.，2006;Richards and Kerrich，2007)以及部分熔融加厚或拆沉的下地壳(Atherton and Petford，1993;Xu et al.，2002;Gao et al.，2004;Chung et al.，2003;Hou et al.，2004)而形成。

图4 研究区中侏罗世谢通门闪长岩稀土元素和微量元素标准化配分图(标准化数据为Sun and McDonough，(1989)，数据来源同图2)Fig.4 Chondrite-normalized REE patterns(a，b)and primitive mantle normalized spider diagrams(c，d)for the diorite in Xietongmen(normalizing values are from Sun and McDonough(1989)，data sources same as in Fig.2 )

图5 研究区中侏罗世谢通门闪长岩Sr/Y-Y和(La/Yb)N-YbN图(据Castillo，2012.数据来源同图2)Fig.5 Sr/Y vs.Y and(La/Yb)Nvs.YbNdiagrams for the diorite from Xietongmen(data sources are as Fig.2.Based on Castillo，2012)

图6 研究区中侏罗世谢通门闪长岩La-La/Sm(a)，La-La/Yb(b)(据 Chung et al.，2009)，SiO2-Sr/Y(c)，SiO2-Dy/Yb(d)相关图(数据来源同图2)Fig.6 La vs.La/Sm(a)，La vs.La/Yb(b)(based on Chung et al.，2009)，SiO2vs.Sr/Y(c)，SiO2vs.Dy/Yb(d)diagrams for the diorite from Xietongmen(data sources are as Fig.2)

谢通门闪长岩可能不是玄武质岩浆结晶分异的产物，因为:(1)在研究区没有发现同时期的超镁铁质岩或者玄武质岩;(2)缺乏明显的Sr、Eu负异常;(3)La-La/Sm和La-La/Yb图(图6a，b)可知，研究区闪长岩类的岩浆主要是通过部分熔融形成;(4)在SiO2-Sr/Y和SiO2-Dy/Yb图(图6c，d)中，没有明显的结晶分异特征。

Kay et al.(1991，1994)，Kay and Mpodozis(2001)认为La/Yb比值可用来指示地壳厚度并反映岩浆来源的深度(Haschke et al.，2002;Chung et al.，2009)，La/Yb比值大于30其岩浆产生于较厚的地壳 (50～60 km)背景，岩浆源区较深;而La/Yb＜15的岩浆产于地壳厚度30～35 km，岩浆源区较浅。而且前人的研究结果表明，在深度为30～45 km，石榴子石可能成为一种重要的残留相。Chung et al.(2003)、Hou et al.(2004)等认为青藏高原南部形成于中新世的埃达克质岩其物质源区的深度大于40 km;而Xu et al.(2002)等认为中国东部在中生代发生拆沉时地壳的厚度大于40 km。由La-La/Yb图可知，研究区大部分样品形成的深度小于40 km。虽然研究区闪长岩在Y-Sr/Y，La-La/Yb和SiO2-Dy/Yb图中均显示出其物质源区存在有一定的石榴子石，但其并非是加厚下地壳或者拆沉下地壳发生部分熔融的产物。

图7 研究区中侏罗世谢通门闪长岩构造环境判别图(数据来源和图例同图2)Fig.7 Tectonic discrimination diagrams for the diorite from Xietongmen(data sources are as Fig.2 )

在微量元素蛛网图(图4c，d)和构造成因判别图上(图7)，研究区中侏罗世闪长岩均与火山弧环境有着密切的联系。另外由于Nb、Ta地球化学性质相似而在部分熔融和结晶分异过程中不会造成大分异，可以指示岩浆源区特征及其演化过程，其中源于地幔的岩浆的Nb/Ta比值为17.5±2，而壳源岩浆的Nb/Ta比值为11～12(Green，1995)。谢通门闪长岩有着较高的 MgO(3.02% ～3.17%)和Mg#(46～48)以及Cr、Ni含量，变化范围较宽的Nb/Ta值(10.4～20.2)，暗示它们很可能为俯冲洋壳发生部分熔融并与上覆壳-幔物质发生反应的结果;由此看来，研究区具有埃达克质岩特征的谢通门闪长岩很可能是北向俯冲的新特提斯洋壳发生部分熔融的产物。

5 研究区中侏罗世区域构造演化

李文霞等(2012)最近通过对沿着雅鲁藏布江缝合带分布的形成于侏罗纪-早白垩世的蛇绿岩研究之后认为，其形成的构造环境至少存在大陆岛弧、地幔柱-洋内热点、洋中脊-大洋岛弧和典型的岛弧等多种洋壳类型，表明拉萨地块南部的新特提斯洋演化过程存在多种复杂的构造环境。早期研究认为蛇绿岩形成时代为侏罗纪-白垩纪，主体时代为晚侏罗世-早白垩世(吴浩若，1984;Girardeau and Mercier，1988;肖序常和李廷栋，2000)。然而最近的研究表明，雅鲁藏布江缝合带蛇绿岩形成时代为中晚三叠世-早白垩世(Mahéo et al.，2002;Miller et al.，2003;Malpas et al.，2003，钟立峰等，2006;钟立峰，2006;韦振权等，2006;韦栋梁等，2004;张宏飞等，2007;徐德明等，2007;李建峰等，2009;Zhu et al.，2011，2012)。由此可以认为，新特提斯洋洋壳的俯冲早于早中侏罗世(裴树文，1999;董彦辉等，2006;和钟铧等，2006;曲晓明等，2007;唐菊兴等，2009，2010)，因此研究区在中侏罗世为新特提斯洋北向俯冲时期。

俯冲大洋板片的熔融暗示其具有异常高的温度(Defant and Drummond，1990)，发生俯冲洋壳部分熔融的机制有:(1)年轻的热的俯冲洋壳(如:Peacock et al.，1994);(2)高角度的俯冲导致其俯冲板片前缘在岛弧底部有足够的时间被加热(Kelemen et al.，2003);(3)俯冲板片的撕裂(Yogodzinski et al.，2001)。如果新特提斯洋形成于中晚三叠世，那么谢通门闪长岩可能并非是年轻的热的洋壳发生部分熔融的产物。另一方面，青藏高原南部不仅发育有中侏罗世的中酸性和中基性岩浆作用(叶巴组火山岩，董彦辉等(2006))，而且也发育有形成于俯冲环境下的研究区最大斑岩型矿床——雄村Cu-Au斑岩矿床(唐菊兴等，2009，2010)，而 Richards(2009)认为斑岩型Cu-Au矿床的物质源区在地壳深部需要部分软流圈物质的加入或热反弹(如板片断离等)。而且，谢通门闪长岩具有太平洋西北部Bowes Ridge地区中基性埃达克质岩十分相似的地球化学特征，而后者形成于中新世俯冲大洋板片断离的构造环境之中。因此谢通门闪长岩很可能为北向俯冲的新特提斯洋板片断离并发生部分熔融所致，而并非是俯冲前缘因残留时间比较长而被加热熔融的结果。

中侏罗世，北向俯冲的新特提斯洋很可能发生高角度俯冲进而发生板片断离，其底部的软流圈物质沿着板片窗的上升而引起两侧俯冲洋壳发生熔融，它们在上升过程中与上覆的壳-幔物质发生反应并侵入到地壳浅部从而形成谢通门闪长岩;软流圈的上升因其减压而发生部分熔融从而形成高原南部的基性岩浆作用;软流圈的上升以及中基性岩浆的侵入和喷发，导致前期形成的中下地壳发生部分熔融，从而形成研究区部分中酸性岩浆。另外，因前期新特提斯洋的俯冲而形成的底侵玄武质岩浆也很可能因软流圈的上升而发生部分熔融，从而形成研究区大规模的成矿作用。

6 结论

青藏高原南部谢通门地区出露一些形成于中侏罗世的闪长岩，它们具有类似于埃达克岩的地球化学特征，如高的SiO2(＞59%)、Sr(771 ～798 μg/g)含量，低 HREE和Y(＜12 μg/g)，LREE和HREE分异明显，高Sr/Y值(＞64)，具有一定Sr正异常和无明显Eu负异常。结合青藏高原南部同期发育的中侏罗世从基性到酸性的岩浆作用和形成于中侏罗世的雄村斑岩Cu-Au矿床，以及研究区闪长岩具有与太平洋西北部Bowes Ridge地区新生代中基性埃达克质岩相类似的地球化学特征，我们认为谢通门闪长岩很可能为北向俯冲的新特提斯洋板片断离并发生部分熔融产物。

致谢:野外工作期间得到西藏地质调查院刘鸿飞院长、徐开峰高工的帮助;审稿人提出了不少具体的、建设性的修改意见，在此一并表示衷心感谢!

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